Richard Feynman
Psicologia Generale
Visione
Carlo Reverberi
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Sommario
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Cos’e’ la luce
• Cos’e’ la luce
• Raggio
• Onda
• Particella
‣ Caratterizzazione di frequenza ed intensità
• Ottica inversa
‣ Interazioni della luce con gli oggetti
• Siamo animali visivi?
‣ Integrazione e conflitto multimodale
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La luce è una particella
La luce è un raggio
Ottica geometrica
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Luce: un’onda nel campo
elettromagnetico
La luce è un’onda
Parametri: frequenza ed intensità
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Frequenza d’onda
Cos’è la luce
• La
luce e’ una forma di energia chiamata
radiazione elettromagnetica
• Dualismo onda-particella
• Alcune fenomeni possono
essere descritti
considerando la luce un “raggio”
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La frequenza è definita come il numero di oscillazioni al
secondo (dei campi elettrico e magnetico). Si misura in
numero di cicli al secondo o Hertz (Hz).
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Lunghezza d’onda
Intensità della luce
Dal punto di vista fisico l’intensità è data dal numero di
fotoni (quantità discrete di energia) nell’unità di tempo.
La lunghezza d’onda l e frequenza f sono collegate dalla
formula: l = v / f
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L’unità di misura è la “candela”.
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Lunghezza d’onda visibile
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Lunghezza d’onda visibile
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Scomposizione della luce
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Perché la luce e’ un buon
stimolo per la visione?
Sorgenti di luce
• Ci permette di vedere oggetti a distanza
• E’ presente in abbondanza
• Si muove velocemente
• Tende a viaggiare in linea retta
• Interagisce con gli oggetti in modi utili generando utili
• Il tipo di materiale
emittente
determina la
lunghezza d’onda.
• Principalmente la
luce proviene dal
sole
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informazioni
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Interazione luce-materia
La luce e’ veloce
• La luce si muove molto velocemente
• Gli stimoli che si muovono velocemente sono ideale
• Nel
vuoto la luce si propaga in linea retta mentre
nell’ambiente naturale interagisce con gli oggetti e le
superfici che incontra lungo il suo cammino.
per un senso ‘a distanza’.
• Velocità della luce = 300,000 km/s.
• Le
‣ Più di 7 volte attorno all’equatore in un secondo.
interazioni sono diverse a seconda del tipo di
materiale
• Il suono e’ circa 1000 volte più lento. !
‣ La luce e il suono sono spesso non
sincronizzati.!!
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Interazione luce-materia
Luce: tipi di interazioni
• Non siamo interessati alla luce di per sé ma agli oggetti
• Gli occhi ricevono una distribuzione di luce riflessa dagli
oggetti che dipende da:
‣ Proprietà delle superfici degli oggetti
‣ Distanza dall’occhio all’oggetto
‣ Sorgente di luce
• Rifrazione
• Riflessione (diffusa e speculare)
• Assorbimento
• Trasmissione
• Lo
stesso oggetto può produrre molte diverse
distribuzioni di luce (problema dell’ottica inversa)
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Rifrazione
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Rifrazione
Legge di Snell
Indice di rifrazione
Vuoto n=1;Vetro n=1.5 Acqua = 1.33
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Rifrazione
Rifrazione
• Onde corte
(violetto) sono
deviate di più di
onde lunghe (rosso)
• 1 < n (rosso) <
n(giallo) < n (blu)
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Rifrazione: lenti
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Riflessione
Noi sappiamo che
esistono gli oggetti
perché la luce riflette su
di loro e dentro i nostri
occhi.
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Riflessione
Riflessione
• La distribuzione di luce che raggiunge i nostri
occhi ci può dare informazioni sulla trama
della superficie riflettente
Specchio
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Opaca
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Assorbimento
• Ciascuna
superficie ha un profilo di
assorbimento caratteristico – la quantità di
luce assorbita a ciascuna lunghezza d’onda.
! ! !
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Trasmissione
Visione e Ottica
Le superfici possono anche avere un profilo di
trasmissione caratteristico: la quantità di luce trasmessa a
ciascuna lunghezza d’onda.
• Quando la luce colpisce una superficie non solo viene
assorbita ma anche riflessa.
• La chiarezza degli oggetti dipende dalla quantità di luce
che illumina l’oggetto e dalla percentuale di luce
riflessa dall’oggetto
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Visione e Ottica
X
Bassa riflettanza
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Alta riflettanza
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RIflessione opaca
Riflessione a specchio
Diversa riflettanza spettrale
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Visione e Ottica
• Il
colore delle superfici dipende dalle lunghezze
d’onda riflesse.
• Come appare una superficie (liscio, rugoso, ruvido)
dipende dalla diffusione parziale della luce causata
dalla grana della superficie.
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Psicologia Generale
Ottica fisiologica
Arcobaleno generato da un gioco di rifrazione e riflessione
all’interno delle gocce d’acqua.
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Occhio: Struttura
La struttura dell’occhio
•
•
•
•
La struttura influenza come e cosa si può vedere
Gli occhi dell’uomo differiscono da quelli di altri animali
La struttura è importante: difetti inducono problemi visivi
In natura possiamo trovare strutture diverse:
‣ Strutture ottiche singoli
‣ Occhi composti
‣ Area fotosentitiva
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Struttura
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L’occhio: Anatomia
• Sferico
• 24 mm diametro
• 3 strati concentrici
• Tunica fibrosa
• Tunica vascolare
• Retina
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Cornea
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I compartimenti dell’occhio
• Camera esterna/anteriore:
• Contiene umor acqueo –
• Il
disco centrale della parte visibile è estroflesso
(toccare per rendersi conto; curvatura maggiore
rispetto al globo oculare). In questa regione la sclera
diventa trasparente e si chiama cornea.
trasporta nutrienti e
prodotti di scarto.
• Camera interna/vitrea
• E riempita di umor vitreo –
• La cornea è il primo sistema di messa a fuoco delle
immagini (curvatura + rifrazione => lente convessa).
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mantiene la forma
dell’occhio.
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Iride
Pupilla
• Pupilla - Apertura delimitata
• Iride – estensione del corpo
dall’iride
ciliare formata da due strati
• Foro con due gruppi di muscoli
• Strato anteriore pigmentato
• Strato posteriore
antagonisti
• Sotto controllo del sistema
vascolarizzato
autonomo.
•
Negli albini, poiché manca il
pigmento, l’iride appare rossa.
• Diametro variabile compreso
•
Muscolo anulare che forma la
pupilla
• 2-3mm diametro ideale per
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tra i 2 e gli 8 mm.
qualità immagine
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Cristallino
• Messa a fuoco interna
dell’occhio (diam. 9mm;
spessore 4 mm).
•
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E’ curvo da entrambi i lati.
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Componenti ottiche
dell’occhio
• Cornea: alto potere ottico (2/3), fisso.
• Cristallino: potere ottico più basso,
(accomodamento).
Ottica: Lenti & immagini
• Accomodazione
variabile
• Camere acquee e vitree: assorbimento dei riverberi.
• Tipicamente, il potere ottico totale corrisponde alla
• Near point
lunghezza dell’occhio (= fuoco sulla retina).
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Retina
•
E’ il tessuto sensibile alla luce. Ha la stessa struttura del
t e s s u t o n e r vo s o p e r c u i s i p u ò c o n s i d e r a re
un’estroflessione di cervello all’interno dell’occhio.
•
Come vedere l’interno dell’occhio
‣ Metodo della luce laterale: si vedono le ombre dei vasi sanguigni
‣ Oftalmoscopio di Helmholtz: dirige lungo la nostra direzione di
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Oftalmoscopio
vista un fascio di luce all’interno dell’occhio altrui
Fig. 6. Detailed structure of the direct ophthalmoscope showing the illumination and viewing
optical systems.
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The viewing system allows the observer to see light reflected from the subject’s eye. In
Fig. 6, the illumination system has flooded a small circular area of the retina with light.
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Light from this illuminated area is reflected in all directions, but only some of the reflected
rays pass through the crystalline lens, pupil, and cornea to the outside (other reflected rays
are not shown in Fig. 6). The subject’s eye in Fig. 6 has been made emmetropic, thus rays
from any particular point in the illuminated area are parallel when the leave the cornea.
Some of these parallel rays intersect the mirror and are lost to view, while others pass
La retina: Anatomia
La retina: anatomia
Punti di riferimento retinici
•
Macula (1.5 mm/ 5º): La
regione che circonda la fovea.
•
Disco ottico: Uscita delle fibre
nervose, macula cieca, apporta
il sangue.
•
Flusso di sangue retinico
•
I fotorecettori giacciono
sotto una densa rete di vasi
sanguigni e neuroni.
The eye seen with an ophtalmoscope
invented by Helmholtz
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La retina: anatomia
•
•
Punto cieco
• Dove
il nervo ottico esce dalla retina non si sono
recettori. Eppure non sperimentiamo lacune (scotomi)
nella scena visiva. Siamo anatomicamente ciechi ma
non percettivamente. Come mai?
Segnali neurali generati dai
fotorecettori passano
attraverso una rete di
cellule – bipolari.
orizzontali, amacrine – che
raccolgono e ricombinano
il segnale
Il segnale viene poi
trasmesso alle cellule
gangliari ulteriormente
elaborato e portato al
cervello attraverso il nervo
ottico.
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‣ La macchia cieca non corrisponde nei due occhi alla
stessa parte della scena visiva: un occhio registra
quindi quello che è perso dall’altro occhio.
‣ Come nel caso dei vasi sanguigni il cervello
completa l’informazione mancante
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Vedere il punto cieco
Fotorecettori
•
•
Bastoncelli
•
estremamente sensibili alla luce,
funzionano meglio in condizioni
scotopiche (notte)
Coni
•
meno sensibili alla luce e sono
concentrati al centro della
retina. Funzionano in condizioni
fotopiche (giorno). Ce ne sono
tre tipi.
Chiudere occhio sinistro fissando la F
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Fotorecettori
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Fotorecettori
• Bastoncelli
• 120 milioni per occhio.
• Solo un tipo;
•
Coni
•
•
8 milioni per occhio.
• 10 volte più sensibili
•
Coni sono la base per la visione a
colori.
• Usati nella visione
•
•
Usati nella visione di giorno/fotopica.
Principalmente
sensibile a 500 nm.
dei coni.
notturna/scotopica.
3 tipi con sensitività massima a 440,
530, 560 nm rispettivamente (blue
verde rosso)
10 volte meno sensibili che I bastoncelli.
• Possono rispondere ad
un fotone singolo!
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Fotorecettori
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Fotorecettori
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Dai fotorecettori alla corteccia
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Dai fotorecettori alla corteccia
• Il percorso verticale: fotorecettori -> cellule bipolari
-> cellule gangliari.
• Interazione
laterale (connessioni inibitorie). Cellule
orizzontali e cellule amacrine.
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Dai fotorecettori alla corteccia
Fovea: poca convergenza
• La
retina contiene circa 126 milioni di
fotorecettori.
• L’informazione
è trasmessa dalla retina al cervello
tramite 1 milione di cellule gangliari.
• Quindi
la retina deve condensare e riorganizzare
l’informazione dei fotorecettori.
• Lavoro principale è l’analisi del contrasto.
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Periferia: convergenza
Cellule gangliari
gangliare piccola
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gangliare grande
gangliare piccola
a due strati
gangliare ad albero
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Oltre l’occhio
Nucleo genicolato laterale
• Due
nuclei genicolati
laterali
• Gli
assoni delle cellule
gangliari retiniche fanno
sinapsi con queste
strutture
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Corteccia striata
Nucleo genicolato laterale
• La disposizione topografica dei
campi recettivi delle cellule
g a n g l i a r i ( re t i n o t o p i a ) è
riprodotta nel LGN
• Ogni
strato possiede una
completa mappa della
emiretina.
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Corteccia striata
Corteccia striata
• Corteccia Striata
‣ Anche conosciuta come corteccia visiva
primaria o V1
‣ Le maggiori trasformazioni dell’informazioni
visiva hanno luogo nella corteccia striata
‣ Contiene circa 200 MILIONI di cellule
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Corteccia striata (V1)
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Corteccia striata
•
• Due importanti caratteristiche della corteccia striata:
La mappa in V1 ha varie caratteristiche interessanti:
‣ Ci sono 2 V1 in ogni persona (emisfero destro e sinistro).
‣ Ciascuna contiene la rappresentazione della metà
controlaterale del campo visivo.
‣ Mappatura topografica (retinotopia)
‣ Scaling of information da molteplici parti del campo
•
visivo
‣ La rappresentazione è topografica ed ordinata
Magnificazione corticale
‣ Più spazio corticale è dedicato alla fovea (0.01% area retinica
ma 8% della corteccia; 20% ai 2.5 deg centrali) che alla
periferia
‣ Estensione delle magnificazioni precedenti
‣ Dimensione del campo recettivo aumenta dal centro alla
periferia
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Corteccia striata
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